ArrayList 与 LinkedList：深入探究两种 Java 线性表

2023-09-09 16:09:34

深入剖析 ArrayList 和 LinkedList：两种 Java 线性表的利弊

在软件开发的道路上，数据结构扮演着不可或缺的角色，而线性表又是其中最为基础的一种。在 Java 编程语言中，线性表有两种流行的实现：ArrayList 和 LinkedList。本文将带你深入了解这两种数据结构，从内部工作原理到优缺点，再到适用场景，帮助你做出明智的选择。

ArrayList vs. LinkedList：内部工作原理

ArrayList：数组王者

想象一下一个整齐的货架，上面摆放着各种物品，每一个物品都有一个专属的编号。ArrayList 就如同这样的货架，只不过它存储的是数据元素。基于数组实现，ArrayList 使用连续的内存块来存放元素，每个元素都有一个唯一的下标，方便快速访问。

LinkedList：节点链

LinkedList 则更像一条用节点串联起来的项链，每个节点都包含一个值和指向下一个节点的指针。就像项链上的珠子，LinkedList 中的节点可以灵活地添加或移除，而不需要移动其他元素。

优缺点对比：选择适合你的工具

ArrayList 的优点：

闪电般的随机访问： 就像货架上的物品，ArrayList 让你可以通过下标迅速找到指定元素。
大容量储存： 连续的内存块让 ArrayList 能够高效地处理庞大数据集。
自动扩容： 当货架不够用时，ArrayList 会自动扩容，为你省去烦恼。

ArrayList 的缺点：

插入删除代价高昂： 在 ArrayList 中间插入或删除元素就像在货架中间插进或拿走物品，需要移动后续所有元素，可能耗时。
潜在的碎片化： 频繁地插入和删除元素可能会让 ArrayList 变得支离破碎，影响性能。

LinkedList 的优点：

插入删除游刃有余： 在 LinkedList 中插入或删除元素就像给项链加一颗珠子或取下一颗，快速且高效。
没有碎片化困扰： LinkedList 的节点灵活可变，避免了碎片化的烦恼。

LinkedList 的缺点：

随机访问稍显迟缓： 与货架上的物品不同，LinkedList 中的元素需要顺着链表逐个查找，随机访问速度稍慢。
内存消耗稍大： 每个节点都包含一个指向下一个节点的指针，这会增加 LinkedList 的内存消耗。

适用场景：明智的选择

不同的数据结构适用于不同的场景。让我们来看看 ArrayList 和 LinkedList 在哪些场合大显身手：

ArrayList 适用场景：

需要频繁随机访问元素的场合。
需要处理庞大数据集的场合。
插入和删除操作相对较少的场合。

LinkedList 适用场景：

需要频繁插入和删除元素的场合。
需要按顺序遍历元素的场合。
不需要频繁随机访问元素的场合。

性能分析：数据说话

理论固然重要，但数据更能说明问题。在大多数情况下，ArrayList 在随机访问和处理大数据集方面都优于 LinkedList。然而，在需要频繁插入和删除元素的场景中，LinkedList 则更胜一筹。

以下是一些基准测试结果，供你参考：

操作	ArrayList	LinkedList
添加元素（开头）	O(1)	O(1)
添加元素（中间）	O(n)	O(1)
删除元素（开头）	O(1)	O(1)
删除元素（中间）	O(n)	O(1)
获取元素（通过索引）	O(1)	O(n)
遍历元素	O(n)	O(n)

代码示例：动手实践

// ArrayList示例
ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
names.add("John");
names.add("Mary");
System.out.println(names.get(1)); // 输出：Mary

// LinkedList示例
LinkedList<Integer> numbers = new LinkedList<>();
numbers.addFirst(1);
numbers.addLast(2);
System.out.println(numbers.getFirst()); // 输出：1